JP2009176980A - Power mos transistor - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、ソース領域及びドレイン領域が、格子状に形成されたゲートを挟んで互いに隣接するように形成されたパワーMOSトランジスタに関するものである。 The present invention relates to a power MOS transistor in which a source region and a drain region are formed so as to be adjacent to each other across a gate formed in a lattice shape.
従来、パワーMOSトランジスタには、ゲートがフィンガー形状のMOSトランジスタが知られている(図9参照)。このトランジスタは、ゲートのフィンガー部の左右両側にソース/ドレイン領域が形成された構造になっている。このようなパワーMOSトランジスタの単位面積当たりのトランジスタ幅の効率を上げるために格子状(ワッフルともいう)形状のMOSトランジスタが用いられるようになった。このトランジスタは、格子がポリシリコンなどからなるゲートであり、ゲートに囲まれた拡散領域はソースもしくはドレインを構成している。ある拡散領域をソースとすると、それと隣り合った上下、左右の拡散領域がドレインとなる。この部分を全体的に見るとソース及びドレインが連続的に斜め方向に形成されている構成になっている。 Conventionally, a MOS transistor having a finger-shaped gate is known as a power MOS transistor (see FIG. 9). This transistor has a structure in which source / drain regions are formed on the left and right sides of the finger part of the gate. In order to increase the efficiency of the transistor width per unit area of such a power MOS transistor, a MOS transistor having a lattice shape (also called a waffle) has been used. This transistor is a gate whose lattice is made of polysilicon or the like, and a diffusion region surrounded by the gate constitutes a source or a drain. When a certain diffusion region is a source, the upper, lower, left and right diffusion regions adjacent to the diffusion region are drains. When this portion is viewed as a whole, the source and drain are continuously formed in an oblique direction.
図7を参照して、特許文献1に示される従来の格子状のMOSトランジスタを説明する。図7(a)は、格子状のMOSトランジスタの断面図(図7(b)のA−A′線に沿う部分に相当する)、図7(b)は、第1層メタル配線77及び第2層メタル配線78を取り除いた場合のMOSトランジスタの概略平面図である。P型シリコン基板71の表面上にはバックゲート拡散層72が形成されている。バックゲート拡散層72の表層部にはソース領域73及びドレイン領域74が繰り返し形成されている。ソース領域73とドレイン領域74との間のチャンネル領域上には、ゲート酸化膜75を介してポリシリコンゲート76が形成されている。ソース領域73には、下層の層間絶縁膜に形成されたコンタクトを介してシリコン基板71上に形成された第1層メタル配線77が接続されている。ドレイン領域74には、第1層メタル配線77を通過し、上層の層間絶縁膜に形成されたビアコンタクトを介して上層の層間絶縁膜上に形成された第2層メタル配線78が接続されている。
With reference to FIG. 7, a conventional lattice-like MOS transistor disclosed in
図7(b)は、第1層メタル配線77及び第2層メタル配線78を取り除いた場合のMOSトランジスタを示している。ソース領域73とドレイン領域74とは、格子状に形成されたポリシリコンゲート76を挟んでソースとドレインとが市松模様の格子状に互いに隣接するように形成されている(以下、ソース領域とドレイン領域とがこのようなパターンで配置されるトランジスタを格子状MOSトランジスタという)。このような従来の格子状MOSトランジスタは、チップ上で横方向と縦方向に電流を流せるので単位面積あたりの電流能力を高くすることができる。
パワーMOSトランジスタは、通常、トランジスタサイズが大きいので複数個に分割されたものの集合体で構成される。格子状に交互に配列された複数のソース及びドレインの拡散領域は、チップ表面から見ると、それぞれ斜め方向に並行している。これら拡散領域は、コンタクトを介して第1層メタル配線に接続される。第1層メタル配線は、第2層メタル配線に接続される。第2層メタル配線は、入出力端子としてICパッケージ外部と接続される場合にはパッド(PAD)に接続される。
Since the power MOS transistor is usually large in size, the power MOS transistor is constituted by an aggregate of a plurality of parts. When viewed from the chip surface, the plurality of source and drain diffusion regions alternately arranged in a lattice form are parallel to each other in an oblique direction. These diffusion regions are connected to the first layer metal wiring through contacts. The first layer metal wiring is connected to the second layer metal wiring. The second layer metal wiring is connected to a pad (PAD) when connected to the outside of the IC package as an input / output terminal.
従来の半導体チップに形成されたソース及びドレインに接続される第2層メタル配線の境界領域に存在する第1層メタル配線において、ソースに接続される第2層メタル配線の下のドレインに接続される第1層メタル配線(ドレイン配線)と、ドレインに接続される第2層メタル配線の下のソースに接続される第1層メタル配線(ソース配線)は、この境界領域を経て繋がっている。この境界領域では、メタルに対する電流負荷が大きく、エレクトロマイグレーションの制約を受ける(図8参照)。
電流の流れるルートを考慮すると、第1層メタル配線の細長い形状配線と迂回ルートの配線は、配線抵抗を大きくし、トランジスタの電力損失になる。
トランジスタのソース及びドレインに接続される第2層メタル配線は、そのトランジスタ上の配線領域を2分するようにレイアウトされる。従って、その両方がパッドに接続される場合、ソース用パッドとドレイン用パッドは、ソースとドレインに接続されるそれぞれの第2層メタル配線(ソース配線、ドレイン配線)間の境界領域を除く外周部分に互いに対向するように配置しなければならない。また、そのトランジスタに並列、若しくは直列に接続する素子が存在する場合にも同様に配置制約を生じる。
In the first layer metal wiring existing in the boundary region of the second layer metal wiring connected to the source and drain formed in the conventional semiconductor chip, it is connected to the drain below the second layer metal wiring connected to the source. The first-layer metal wiring (drain wiring) connected to the drain and the first-layer metal wiring (source wiring) connected to the source under the second-layer metal wiring connected to the drain are connected via this boundary region. In this boundary region, the current load on the metal is large and is subject to electromigration restrictions (see FIG. 8).
Considering the route through which the current flows, the elongated wiring of the first layer metal wiring and the wiring of the detour route increase the wiring resistance, resulting in the power loss of the transistor.
The second layer metal wiring connected to the source and drain of the transistor is laid out so as to divide the wiring region on the transistor into two. Therefore, when both are connected to the pad, the source pad and the drain pad are the outer peripheral portions excluding the boundary region between the respective second layer metal wirings (source wiring and drain wiring) connected to the source and drain. Must be arranged to face each other. Similarly, when there is an element connected in parallel or in series with the transistor, a placement restriction is generated.
本発明は、以上のような問題を解決するためになされ、エレクトロマイグレーションの制約を受けにくく、配線抵抗が小さくトランジスタの電力損失が少ない、パッド配置の制約の少ないパワーMOSトランジスタを提供する。 The present invention has been made to solve the above-described problems, and provides a power MOS transistor that is less susceptible to electromigration restrictions, has low wiring resistance, and has less transistor power loss and less pad arrangement restrictions.
本発明のパワーMOSトランジスタの一態様は、半導体基板と、前記半導体基板に形成されたソース領域およびドレイン領域が、格子状に形成されたゲートを挟んで互いに隣接するように配置されたMOSトランジスタ(格子状MOSトランジスタ)であって、前記半導体基板上に順次形成され、前記ソース領域またはドレイン領域に接続された複数のメタル配線を具備し、前記一方の領域に接続されたメタル配線と前記他方の領域に接続されたメタル配線の配線抵抗が同一となるように前記メタル配線をソース領域もしくはドレイン領域に接続することを特徴としている。前記複数のメタル配線が積層されたn層の多層配線からなる場合において、前記ソース領域に接続されるソース配線として前記多層配線の最上層のメタル配線と組み合わせるメタル配線数をk(n>k≧0の整数) とすると、前記ソース配線の合成シート抵抗Ra は(Rx ×Rtop)/(Rx +k×Rtop )(Rtop は前記最上層メタル配線のシート抵抗、Rx は最上層メタル配線以外のメタル配線のシート抵抗である)で表され、前記ドレイン配線の合成シート抵抗Rb はRx /(n-1-k)表され、前記合成シート抵抗Ra と前記合成シート抵抗Rb とは等しいようにしても良い。前記ドレイン配線を前記多層配線の最上層のメタル配線に配置するようにしても良い。前記メタル配線は、前記ソース領域を最上層の第3層メタル配線に接続する場合は、前記ドレイン領域を第2層メタル配線及び当該第2層メタル配線より下層の第1層メタル配線に接続し、前記ドレイン領域を前記第3層メタル配線に接続する場合は、前記ソース領域を第2層メタル配線及び前記第1層メタル配線に接続するようにしても良い。前記第1層メタル配線及び前記第2層メタル配線は、平坦化処理が行われているようにしても良い。前記最上層の第3層メタル配線は、前記第1層メタル配線及び前記第2層メタル配線より膜厚であるようにしても良い。 One aspect of the power MOS transistor of the present invention is a MOS transistor in which a semiconductor substrate and a source region and a drain region formed in the semiconductor substrate are arranged adjacent to each other with a gate formed in a lattice shape interposed therebetween ( A grid-like MOS transistor), comprising a plurality of metal wirings sequentially formed on the semiconductor substrate and connected to the source region or the drain region, the metal wiring connected to the one region and the other The metal wiring is connected to the source region or the drain region so that the wiring resistance of the metal wiring connected to the region is the same. In the case of an n-layer multilayer wiring in which the plurality of metal wirings are stacked, the number of metal wirings to be combined with the uppermost metal wiring of the multilayer wiring as a source wiring connected to the source region is k (n> k ≧ Assuming that the combined sheet resistance Ra of the source wiring is (Rx.times.Rtop) / (Rx + k.times.Rtop) (Rtop is the sheet resistance of the uppermost metal wiring, Rx is a metal wiring other than the uppermost metal wiring) The combined sheet resistance Rb of the drain wiring is expressed as Rx / (n-1-k), and the combined sheet resistance Ra and the combined sheet resistance Rb may be equal to each other. . The drain wiring may be arranged on the uppermost metal wiring of the multilayer wiring. When the source region is connected to the uppermost third layer metal wiring, the drain region is connected to the second layer metal wiring and the first layer metal wiring below the second layer metal wiring. When the drain region is connected to the third layer metal wiring, the source region may be connected to the second layer metal wiring and the first layer metal wiring. The first layer metal wiring and the second layer metal wiring may be flattened. The uppermost third-layer metal wiring may have a thickness greater than that of the first-layer metal wiring and the second-layer metal wiring.
本発明は、以上の構成により、エレクトロマイグレーションの制約を受けにくく、配線抵抗が小さくトランジスタの電力損失が少ない、パッド配置の制約の少ないパワーMOSトランジスタが得られる。 With the above configuration, the present invention can provide a power MOS transistor that is less susceptible to electromigration restrictions, has low wiring resistance, and has less transistor power loss and less pad arrangement restrictions.
以下、実施例を参照して発明の実施の形態を説明する。 Hereinafter, embodiments of the invention will be described with reference to examples.
まず、図1乃至図5を参照して実施例1を説明する。
図1は、この実施例に係るパワーMOSトランジスタ(格子状MOSトランジスタ)が形成された半導体基板表面の状態を説明する平面図及びA−A′線に沿う部分の断面図、図2は、図1の半導体基板表面に形成された第1層メタル配線の状態を説明する平面図及びB−B′線に沿う部分の断面図、図3は、図1の半導体基板表面に形成された第2層メタル配線の状態を説明する平面図及びC−C′線に沿う部分の断面図、図4は、図1の半導体基板表面に形成された第3層メタル配線の状態を説明する平面図及びD−D′線に沿う部分の断面図、図5は、図1の半導体基板表面に形成されたメタル配線の状態を説明する平面図である。
この実施例のパワーMOSトランジスタは、シリコンなどの半導体基板1に形成された格子状MOSトランジスタと、半導体基板1上に順次形成された3層のメタル配線とを備えている。格子状MOSトランジスタのソース領域2は、コンタクト8もしくはコンタクト8及びビア10を介して第1層及び第2層のメタル配線5、6に接続され、ドレイン領域3は、最上層の第3層メタル配線7に接続される。
First,
FIG. 1 is a plan view for explaining the state of the surface of a semiconductor substrate on which a power MOS transistor (lattice MOS transistor) according to this embodiment is formed, and a sectional view taken along line AA ′. FIG. FIG. 3 is a plan view for explaining the state of the first layer metal wiring formed on the surface of the
The power MOS transistor of this embodiment includes a lattice MOS transistor formed on a
シリコンなどの半導体基板1にはソース領域2及びドレイン領域3が、格子状に形成されたゲート4を挟んで、互いに隣接して配置されている。
図4に示すように、ソース領域2とドレイン領域3との間のチャンネル領域上には、ゲート酸化膜(図示しない)を介してポリシリコンなどからなるゲート4が形成されている。ゲート4が形成された半導体基板1の表面は、下層の層間絶縁膜(図示しない)で被覆されている。下層の層間絶縁膜は、平坦化された表面に第1層メタル配線5が形成されている。第1層メタル配線5は、中層の層間絶縁膜(図示しない)で被覆されている。中層の層間絶縁膜は、平坦化された表面に第2層メタル配線6が形成されている。第2層メタル配線6は、上層の層間絶縁膜(図示しない)で被覆されている。上層の層間絶縁膜は、表面に第3層メタル配線7が形成されている。第1層メタル配線5は、下層の層間絶縁膜に埋め込まれたコンタクト8、9を介してそれぞれソース領域2、ドレイン領域3に電気的に接続されている。第2層メタル配線6は、中層の層間絶縁膜に埋め込まれたビア10、11を介して第1層メタル配線5に電気的に接続されている。また、第3層メタル配線7は、上層の層間絶縁膜に埋め込まれたビア12を介して第2層メタル配線6に電気的に接続されている。
In a
As shown in FIG. 4, a
第1層メタル配線5は、図2に示すように、殆どはソース配線として用いられ、一部の島領域は、ドレイン配線に電気的に接続する中継ぎ配線として用いられる。ソース配線領域は、コンタクト8を介してソース領域2に接続されている。島領域は、コンタクト9を介してドレイン領域3に接続されている。
第2層メタル配線6は、図3に示すように、殆どはソース配線として用いられ、一部の島領域は、ドレイン配線に電気的に接続する中継ぎ配線として用いられる。ソース配線領域は、ビア10を介して第1層メタル配線5のソース配線領域に接続されている。島領域は、ビア11を介して第1層メタル配線5のドレイン配線領域に接続されている。
第3層メタル配線7は、図4に示すように、ドレイン配線として用いられる。ドレイン配線は、ビア12を介して第2層メタル配線6の島領域に電気的に接続されている。第3層メタル配線7のドレイン配線は、半導体基板1の全領域を覆うように配置され、第3層メタル配線7→ビア12→第2層メタル配線6→ビア11→第1層メタル配線5→コンタクト9→ドレイン領域3と接続されるように構成されている。ソース配線は、第1層メタル配線と第2層メタル配線の島領域を避けた領域を覆うように配置される。
As shown in FIG. 2, most of the first
As shown in FIG. 3, the second
The third
一般的に、半導体装置の製造プロセスにおいて、多層のメタル配線が用いられる場合、最上層を除くメタル層は、シリコンウェハー上に堆積後、その後のプロセス工程を容易にするために、平坦化処理が行われるので薄くなっている。一方、最上層のメタル配線(この実施例では第3層に相当する)は、余分な工程を省くため、平坦化処理が行われない。従って、メタル配線の厚さは、最上層のメタル層(トップメタル)がその他のメタル層のメタルより厚くなる。メタルのシート抵抗値は、メタル層の厚みの大きさに反比例し、エレクトロマイグレーションに関する許容電流値は、メタル層の厚さに比例して大きくなる。したがって、最上層メタル配線は、他のメタル配線より電流特性的に優れていることになる。
3層のメタル配線を用いる製品において、ソース領域及びドレイン領域へのメタルの配分方法を考えた場合、上記理由により、第3層メタル配線(最上層メタル配線)をソース配線とするときは、第1層メタル配線および第2層メタル配線はドレイン配線とし、第3層メタル配線をドレイン配線とするときは、第1層メタル配線および第2層メタル配線はソース配線とする組み合わせが最適である。
In general, when a multilayer metal wiring is used in the manufacturing process of a semiconductor device, the metal layer excluding the uppermost layer is deposited on a silicon wafer and then subjected to a planarization process to facilitate subsequent process steps. Since it is done, it is thin. On the other hand, the metal wiring of the uppermost layer (corresponding to the third layer in this embodiment) omits an extra step and is not subjected to planarization. Accordingly, the thickness of the metal wiring is such that the uppermost metal layer (top metal) is thicker than the metals of the other metal layers. The sheet resistance value of the metal is inversely proportional to the thickness of the metal layer, and the allowable current value related to electromigration increases in proportion to the thickness of the metal layer. Therefore, the uppermost metal wiring is superior in current characteristics to the other metal wiring.
In a product using three-layer metal wiring, when considering the metal distribution method to the source region and drain region, when the third-layer metal wiring (the uppermost metal wiring) is used as the source wiring for the above reason, When the first-layer metal wiring and the second-layer metal wiring are drain wirings, and the third-layer metal wiring is a drain wiring, a combination in which the first-layer metal wiring and the second-layer metal wiring are source wirings is optimal.
また、この実施例の配線構成において、第1層メタル配線及び第2層メタル配線の各々の配線は、第3層メタル配線と比較して、実質的な配線領域は小さくなる。その理由は、第3層メタル配線からソース/ドレイン領域までを接続する各種コンタクトを避けるために、第1層及び第2層のメタル配線は、スリットが存在する形状になり、実質的な配線領域が小さくなるためである。
この実施例では、ソース、ドレインの電流特性、配線抵抗、エレクトロマイグレーションの点でバランスをとるために、第1層及び第2層メタル配線をソース(ドレイン)配線とし、第3層メタル配線をドレイン(ソース)配線とする組み合わせにした。このことは、平坦化処理が行われない場合においても、有効であるといえる。
In the wiring configuration of this embodiment, each of the first layer metal wiring and the second layer metal wiring has a substantial wiring area smaller than that of the third layer metal wiring. The reason is that in order to avoid various contacts connecting from the third layer metal wiring to the source / drain region, the metal wiring of the first layer and the second layer has a shape in which a slit exists, and the substantial wiring region This is because becomes smaller.
In this embodiment, in order to balance the current characteristics of the source and drain, wiring resistance, and electromigration, the first layer and second layer metal wirings are used as source (drain) wirings, and the third layer metal wiring is used as a drain. (Source) wiring combination. This can be said to be effective even when the flattening process is not performed.
例えば、上記3層構造の多層配線を2層構造で同様な配線構成で実現しようとすると、即ち、“第1層メタル配線+第2層メタル配線”を“第1層メタル配線”にした場合、第1層メタル配線は、本発明の第3層メタル配線に相当する第2層メタル配線と比較し、配線抵抗、エレクトロマイグレーションにおいて顕著に劣る。すなわち、第1層メタル配線によってそのトランジスタの許容電流値が決定される。概して、MOSトランジスタは、ソースとドレインの電流が等しいので、それぞれのソース、ドレイン配線の抵抗、許容電流値は同等であることが望ましい。したがって、この実施例のように第3層メタル配線をドレイン配線とし、第1層+第2層メタル配線をソース配線とした。また、ソース配線、ドレイン配線は、トランジスタの配線領域に分割して配分されていないので、ソース、ドレイン用パッドの配置が制約を受けることはない。
実施例1では、メタル配線が3層の場合を説明したが、例えば、メタル配線4層の場合は、ソース(ドレイン)を1層+2層とし、ドレイン(ソース)を3層+4層とすることが出来る。また、ソース(ドレイン)を1層+2層+3層とし、ドレイン(ソース)を4層とすることも出来る。メタル配線5層以上の場合も抵抗値のバランスをとるべくソース、ドレインを最適に組み合わせることが出来る。
この実施例は、エレクトロマイグレーションの制約を受けず、配線抵抗が小さくトランジスタの電力損失が少ない、パッド配置の制約の少ない格子状MOSトランジスタが得られる。
For example, when the above three-layer multilayer wiring is to be realized with the same wiring configuration in the two-layer structure, that is, when “first layer metal wiring + second layer metal wiring” is changed to “first layer metal wiring”. The first layer metal wiring is significantly inferior in wiring resistance and electromigration as compared with the second layer metal wiring corresponding to the third layer metal wiring of the present invention. That is, the allowable current value of the transistor is determined by the first layer metal wiring. In general, since the source and drain currents of MOS transistors are equal, it is desirable that the resistances and allowable current values of the source and drain wirings are equal. Therefore, as in this embodiment, the third layer metal wiring is used as the drain wiring, and the first layer + second layer metal wiring is used as the source wiring. Further, since the source wiring and the drain wiring are not divided and distributed in the wiring region of the transistor, the arrangement of the source and drain pads is not restricted.
In the first embodiment, the case where the metal wiring has three layers has been described. For example, in the case of the metal wiring having four layers, the source (drain) is 1 layer + 2 layers and the drain (source) is 3 layers + 4 layers. I can do it. Further, the source (drain) may be 1 layer + 2 layers + 3 layers, and the drain (source) may be 4 layers. Even in the case of five or more metal wiring layers, the source and drain can be optimally combined to balance the resistance value.
In this embodiment, a grid-like MOS transistor with less wiring arrangement and less pad arrangement restrictions can be obtained without being restricted by electromigration.
次に、図6を参照して実施例2を説明する。
図6は、この実施例のパワーMOSトランジスタである格子状MOSトランジスタが形成された半導体基板表面に設けられた第1層、第2層および第3層メタル配線の状態を説明する断面図である。この実施例では、ソースを第3層メタル配線とし、ドレインを第1層及び第2層メタル配線で構成する。
パワーMOSトランジスタは、半導体基板21に形成された格子状MOSトランジスタと、半導体基板21上に順次形成された3層のメタル配線とを備えている。格子状MOSトランジスタのソース領域22は、コンタクト及びビアを介して最上層の第3層メタル配線27に接続され、ドレイン領域23は、コンタクト及びビアを介して第1層及び第2層のメタル配線25、26に接続される。シリコンなどの半導体基板21にはソース領域22及びドレイン領域23が、格子状に形成されたゲート24を挟んで、互いに隣接して配置されている。
Next,
FIG. 6 is a cross-sectional view for explaining the state of the first layer, the second layer, and the third layer metal wiring provided on the surface of the semiconductor substrate on which the lattice MOS transistor which is the power MOS transistor of this embodiment is formed. . In this embodiment, the source is a third layer metal wiring, and the drain is a first layer and second layer metal wiring.
The power MOS transistor includes a lattice MOS transistor formed on the
図6に示すように、ソース領域22とドレイン領域23との間のチャンネル領域上には、ゲート酸化膜(図示しない)を介してポリシリコンなどからなるゲート24が形成されている。半導体基板21上には、第1層メタル配線25、第2層メタル配線26及び第3層メタル配線27が順次形成されている。第1層メタル配線25は、コンタクト14、13を介してそれぞれソース領域22、ドレイン領域23に電気的に接続されている。第2層メタル配線26は、ビア15、16を介して第1層メタル配線25に電気的に接続されている。第3層メタル配線27は、ビア17を介して第2層メタル配線26に電気的に接続されている。
As shown in FIG. 6, a
第1層メタル配線25は、殆どはドレイン配線として用いられ、一部の島領域は、ソース配線に電気的に接続する中継ぎ配線として用いられる。ドレイン配線領域は、コンタクト13を介してドレイン領域23に接続されている。島領域は、コンタクト14を介してソース領域22に接続されている。第2層メタル配線26は、殆どはドレイン配線として用いられ、一部の島領域は、ソース配線に電気的に接続する中継ぎ配線として用いられる。ドレイン配線領域は、ビア15を介して第1層メタル配線25のドレイン配線領域に接続されている。島領域は、第1層ビア16を介して第1層メタル配線25の島領域に接続されている。第3層メタル配線27は、ソース配線として用いられる。ソース配線は、第2層ビア17を介して第2層メタル配線26の島領域に電気的に接続されている。第3層メタル配線27のソース配線は、半導体基板21の全領域を覆うように配置され、第3層メタル配線27→ビア17→第2層メタル配線26→ビア16→第1層メタル配線25→コンタクト14→ソース領域22と接続されるように構成されている。ドレイン配線は、第1層メタル配線と第2層メタル配線の島領域を避けて、第1層メタル配線と第2層メタル配線の全領域を覆うように配置される。
The first
3層のメタル配線を用いる製品において、ソース領域及びドレイン領域へのメタルの配分方法を考えた場合、実施例1と同様の理由により、第3層メタル配線(最上層メタル配線)をソース配線とすると、ドレイン配線は第1層メタル配線+第2層メタル配線とする組み合わせが最適である。
第1層及び第2層メタル配線の各々の配線は、第3層メタル配線より配線領域が小さくなっており、それを補うために、この実施例では、第1層及び第2層メタル配線をソース(ドレイン)配線、第3層メタル配線をドレイン(ソース)配線とする組み合わせとし、配線抵抗とエレクトロマイグレーションの点でバランスをとるようにした。
MOSトランジスタは、ソースとドレインの電流が等しく、それぞれのソース、ドレイン配線の抵抗、許容電流値は同等であることが望ましいので、第3層メタル配線をソース配線とし、第1層+第2層メタル配線をドレイン配線とした。また、ソース配線、ドレイン配線は、トランジスタの配線領域に分割して配分されていないので、ソース、ドレイン用パッドの配置が制約を受けることはない。
In a product using three-layer metal wiring, when a metal distribution method to the source region and drain region is considered, the third-layer metal wiring (uppermost-layer metal wiring) is replaced with the source wiring for the same reason as in the first embodiment. Then, the combination of first layer metal wiring + second layer metal wiring is optimal for the drain wiring.
Each wiring of the first layer and the second layer metal wiring has a wiring area smaller than that of the third layer metal wiring. In order to compensate for this, in this embodiment, the first layer and the second layer metal wiring are replaced with each other. A combination of source (drain) wiring and third layer metal wiring as drain (source) wiring was used to balance the wiring resistance and electromigration.
Since the MOS transistor preferably has the same source and drain currents, and the source and drain wirings have the same resistance and allowable current values, the third layer metal wiring is used as the source wiring, and the first layer + second layer Metal wiring was used as drain wiring. Further, since the source wiring and the drain wiring are not divided and distributed in the wiring region of the transistor, the arrangement of the source and drain pads is not restricted.
また、この実施例では、接続配線であるコンタクト及びビアは、それぞれ複数の接続体から構成されている。例えば、ソース領域22と第1層メタル配線25の中継ぎ配線とは2本のコンタクト14により接続され、ドレイン配線である第1層メタル配線25及び同じくドレイン配線である第2層メタル配線26間を接続するビア15は、3本の接続体から構成される。このように電流路を分散することにより、電流が均一に流れるようにし、配線抵抗を小さくする。
この実施例は、エレクトロマイグレーションの制約を受けにくく、配線抵抗が小さくトランジスタの電力損失が少ない、パッド配置の制約の少ない格子状MOSトランジスタが得られる。
In this embodiment, the contacts and vias, which are connection wirings, are each composed of a plurality of connection bodies. For example, the
This embodiment is less susceptible to electromigration restrictions, and can provide a lattice MOS transistor with less wiring resistance and less transistor power loss and less pad arrangement restrictions.
以上、各実施例で説明したように、パワーMOSトランジスタは、ソースとドレインの電流が等しく、それぞれのソースドレイン配線の抵抗、許容電流値は、同等であることが望ましい。このような前提を踏まえてパワーMOSトランジスタの多層配線を構成するメタル多層のプロセスにおける理想的な各メタル配線の組合わせは次の様に表される。
パワーMOSトランジスタのソース、ドレインに電気的に接続するソース配線及びドレイン配線をn層のメタル配線で構成するものとし、このときの各層のメタル配線のシート抵抗値を求める。ここで、多層配線の最上層にある平坦化処理が行なわれない配線(Topメタル)のシート抵抗値をRtop とする。また、平坦化処理が行なわれるそれ以外のメタル配線について、下層配線又は上層配線に接続するために設けられた島領域を避けるスリットによる配線領域の縮小分による抵抗増加分を考慮した上での実質的なメタル配線のシート抵抗Rx(メタル配線の膜厚は最上層以外全て同じとする) とする。
As described above, as described in each embodiment, it is desirable that the power MOS transistors have the same source and drain currents, and the resistance and allowable current value of each source / drain wiring are the same. Based on such a premise, an ideal combination of metal wirings in a metal multi-layer process constituting a multi-layer wiring of a power MOS transistor is expressed as follows.
Assume that the source wiring and drain wiring electrically connected to the source and drain of the power MOS transistor are composed of n-layer metal wiring, and the sheet resistance value of the metal wiring of each layer at this time is obtained. Here, the sheet resistance value of the wiring (Top metal) in the uppermost layer of the multilayer wiring that is not subjected to the planarization process is Rtop. In addition, with respect to other metal wirings that are subjected to planarization processing, the substantial increase in resistance due to the reduction of the wiring area by the slit that avoids the island area provided to connect to the lower layer wiring or the upper layer wiring is considered. Sheet resistance Rx of a typical metal wiring (the thickness of the metal wiring is the same except for the uppermost layer).
ソース配線もしくはドレイン配線としてTopメタルと組み合わせるメタル数をk(n>k≧0の整数) とすると、ソース配線の合成シート抵抗Ra (この実施例では、例えば、Topメタルを含む配線をソース配線とする)は、次式のように表される。
1/Ra =1/Rtop +1/Rn-1 +1/Rn-2 +・・・+1/Rn-k =1/Rtop +k/Rx ・・・(1)
よって、Ra =(Rx ×Rtop)/(Rx +k×Rtop ) ・・・(2)
ドレイン配線の合成シート抵抗Rb は、次式で表される。
1/Rb =1/Rn-1-k +1/Rn-2-k +・・・+1/R1 =(n-1-k) /Rx ・・・(3)
よって、Rb =Rx /(n-1-k) ・・・(4)
パワーMOSトランジスタの配線抵抗(Ra +Rb )は勿論出来るだけ小さいことが望ましい。さらに、エレクトロマイグレーションを考慮し、ソース、ドレイン電流のバランスをとるために、RaとRbのそれぞれの合成抵抗値が近い値になるようにすることが必要である。そのため、(2)式と(4)式とは等しいこと(Ra =Rb )が望ましい。つまり、Ra =Rb を実現するためにメタル配線の組み合わせの選択をすることが最適である。
Assuming that the number of metals combined with the Top metal as the source wiring or drain wiring is k (integer of n> k ≧ 0), the combined sheet resistance Ra of the source wiring (in this embodiment, for example, the wiring including the Top metal is defined as the source wiring. Is expressed as the following equation.
1 / Ra = 1 /
Therefore, Ra = (Rx.times.Rtop) / (Rx + k.times.Rtop) (2)
The combined sheet resistance Rb of the drain wiring is expressed by the following equation.
1 / Rb = 1 / Rn-1-
Therefore, Rb = Rx / (n-1-k) (4)
Of course, the wiring resistance (Ra + Rb) of the power MOS transistor is desirably as small as possible. Furthermore, in consideration of electromigration, in order to balance the source and drain currents, it is necessary to make the combined resistance values of Ra and Rb close to each other. Therefore, it is desirable that the formulas (2) and (4) are equal (Ra = Rb). That is, it is optimal to select a combination of metal wirings in order to realize Ra = Rb.
1、21・・・半導体基板
2、22・・・ソース領域
3、23・・・ドレイン領域
4、24・・・ゲート
5、25・・・第1層メタル配線
6、26・・・第2層メタル配線
7、27・・・第3層メタル配線
8、9、13、14・・・コンタクト
10、11、12、15、16、17・・・ビア
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